Цифровая трансформация и инновации в экономике, праве, государственном управлении, науке и образовательных процессах: тезисы докладов Международной научно-практической конференции (Буковель-Киев, 18-21 марта 2019)
Секція 1. Економіка, фінанси, страхування і банківська справа: інноваційно-інвестиційні стратегії
Броварець Олександр Олександрович
кандидат технічних наук, доцент,
завідувач кафедри інформаційно-технічних та природничих дисциплін
Київський кооперативний інститут бізнесу і права
м. Київ, Україна
ІНФОРМАЦІЙНО-ТЕХНІЧНА СИСТЕМА ЛОКАЛЬНОГО ОПЕРАТИВНОГО МОНІТОРИНГУ АГРОБІОЛОГІЧНОГО СТАНУ ҐРУНТОВОГО СЕРЕДОВИЩА СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ УГІДЬ КОНСТРУКЦІЇ ОЛЕКСАНДРА БРОВАРЦЯ
Сучасне землеробство передбачає виконання певної технологічної операції, згідно відповідної картограми-завдання, яка розробляється попередньо на основі різнопланової інформації. Знання певної структура варіабельності грунтового покриву, отриманих з використанням інформаційно-технічних систем локального оперативного моніторингу агробіологічного стану сільськогосподарських угідь, дозволяє прийняти ефективні оперативні рішення для ефективного управління агробіологічним потенціалом сільськогосподарських угідь.
Очевидно, що за таких умов виникає необхідність у принципово нових підходах до ведення агропромислового виробництва, що полягає у забезпеченні належної якості виконання технологічних операцій. Якість виконання технологічних операцій є інтегральним показником ефективності виробництва сільськогосподарської продукції в межах агробіологічного поля. Необхідна якість виконання основних технологічних процесів у рослинництві забезпечується за рахунок інтегрованих інформаційно-технічних систем оперативного моніторингу агробіологічного стану сільськогосподарських угідь.
У зв’язку, з цим ставиться завдання використання принципово нового класу інформаційно-технічних систем локального оперативного моніторингу агробіологічного стану сільськогосподарських угідь.
Неоднорідність ґрунту можна представити як ієрархічну підпорядкованість явищ. Питання про шкалу вимірювання неоднорідності. Звичайно, неоднорідність порівняно просто вираховується, коли порівнюються об’єкти вимірюються кількісно і при цьому використовуються кількісні критерії. Неоднорідність вважають фактором, відповідальним за біорізноманіття, тому що завдяки їй формується екологічна складова і забезпечується багатогранність організмів ґрунту.
Сучасне сільськогосподарське виробництво передбачає широке використання автоматизованих систем для моніторингу агробіологічного стану грунтового середовища сільськогосподарських угідь.
Один з головних підходів при застосуванні технологій точного землеробства - оптимізувати урожайність і забезпечити екологічну якість сільськогосподарської продукції із врахуванням зон управління сільськогосподарським полем. У цьому аспекті важливу роль відіграє визначення ґрунтової електричної провідності для визначення величини прибутку на основі даних просторової мінливості та вмісту поживних речовин у грунті. Знання певної структура варіабельності грунтового покриву дозволяє прийняти ефективні рішення для управління агробіологічним потенціалом сільськогосподарських угідь.
Втілення сучасних технологій землеробства дозволяє планувати витрати насіннєвого матеріалу, добрив, пестицидів та інших технологічних матеріалів, у тому числі палива, визначати загальну стратегію управління агробіологічним потенціалом поля тощо. Проте, на сьогодні при реалізації даних технологій бракує ефективних систем збору та реєстрації (моніторингу) місцевизначеної інформації (агробіологічної та фітосанітарної) про стан сільськогосподарських угідь у технологіях точного землеробства. Існуючі способи і засоби реалізації цього процесу недосконалі.
У цьому сенсі набуває актуальності розробка та використання принципово нового класу сільськогосподарських машин – інформаційно-технічних систем локального оперативного моніторингу агробіологічного стану грунтового середовища сільськогосподарських угідь.
У зв'язку із цим важливим завданням є розробка і обґрунтування функціональної структури, програмного забезпечення, написання програмного коду та алгоритмів керування виконавчими робочими органами інформаційно-технічної системи оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь.
Метою даного дослідження є розробка і обґрунтування функціональної структури, програмного забезпечення, написання програмного коду та алгоритмів керування виконавчими робочими органами інформаційно-технічної системи оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь.
Аналіз останніх досліджень і публікацій. Структура грунту змінюється в значних межах на багатьох сільськогосподарських полях. Фізичні властивості грунту, як наприклад грунтова структура, мають прямий ефект на водомісткість, ємність катіонного обміну, урожайність тощо. Поживні речовини, що містяться у грунтах, використовуються рослиною і їх вміст у грунті зменшуються. Загальноприйнятою характеристикою вмісту поживних речовин у грунтів є вміст азоту, наявність якого у грунті значною мірою визначає урожайність. Картографія грантової електричної провідності, широко використовується як ефективний засіб відображення ґрунтової структури і інших грунтових властивостей (рис. 1).
Швидкий опис мінливості сільськогосподарських угідь - важливий компонент для зональних методів управління.
Рис. 1. Електропровідність грунту
Карти ґрунтової електропровідності дають можливість отримати картограми:
Виклад основного змісту дослідження. Вимірювання електропровідних властивостей грунтового середовища. Електропровідність (soil conductivity) - це властивість матеріалу передавати (проводити) електричний струм, вимірювана в сименсах на метр(См/м) або в миллисименсах на метр (мСм/м). Електропровідність грунту може виражатися також в децисименсах (дСм/м). Мілісіменс на метр (мСм/м) - це стандартна одиниця вимірювання величини електропровідності грунту. У сименсах вимірюють електропровідність матеріалів. Перевага стандартної одиниці вимірювання в тому, що вона дає точні кількісні дані. Візуальна оцінка грунту дозволяє легко виявити колірні відмінності, але не дає кількісного значення і пояснення суті колірних відмінностей. Карти електропровідності грунту показують значення в мСм/м, що дозволяє дізнаватися і однаковим чином обробляти ділянки з схожими показниками електропровідності. Як показали численні лабораторно-польові дослідження існує кореляційна залежність між параметрами електропровідності та вмістом поживних речовин у грунті при певних значеннях його вологості та твердості обумовленого гранулометричним складом грунту.
Сфера використання. Інформаційно-технічна система локального оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця - пристрій для визначення електропровідних властивостей грунтового середовища конструкції Олександра Броварця може працювати з ручними пристроями, розміщуватися на транспортних засобах високої прохідності, розміщуватися на сільськогосподарських та енергетичних засобах, які виконують технологічну операцію, що дозволяє отримувати оперативні дані про агробіологічний стан грунтового середовища та приймати оперативні рішення щодо керування нормою внесення технологічного матеріалу (насіння, мінеральних добрив тощо).
Всі раніше декларовані елементи таких технологій точного (керованого) землеробства (лабораторний аналіз (одна проба на 5-10 га), урожайність) не давали можливості забезпечити такий точний підхід. Ця система дає можливість отримати достовірну інформацію про агробіологічний стан грунтового середовища із кожного квадратного метра сільськогосподарського поля (табл. 1).
Таблиця 1
Методи моніторингу агробіологічного стану грунтового середовища сільськогосподарських угідь
№ п/п |
Метод моніторингу стану агробіологічного стану |
Щільність відбору проб грунту на 100 га |
Розмір ділянки з якої проводиться забір, м2 |
Вартість однієї проби (знімку), $, ум. од. |
Вартість проби (знімку) на 100 га, $, ум. од. |
1 |
Лабораторний метод |
10-15 |
10 000*1000 |
1-10 |
100-1000 |
2 |
Супутниковий моніторинг |
1 знімок роздільною здатністю до 10 м |
100*100 |
10-100 |
100-1000 |
3 |
Інформаційно-технічна система локального оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця |
1000 |
10*10 |
0,1 |
100 |
4 |
Інформаційно-технічна система локального оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця |
10000 |
1*1 |
0,1 |
1000 |
Такої точності до сих пір не мають жодні представлені на ринку технології починаючи від лабораторного обстеження (одна проба на 5-10 га) і закінчуючи супутниковим моніторингом (точність до 10 м2). Крім того необхідно враховувати вартість даних технологій, оскільки собівартість однієї проби коливається в межах 1-10 $, супутникового моніторингу – від 20 $, у той час коли вартість такої проби з використання запропонованої конструкції технічної системи оперативного моніторингу складає менше 0,1 $ за м2 (табл. 1).
Загальна характеристика інформаційно-технічної системи локального оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця:
Маса: 420 кг.
Пристрій для визначення електропровідних властивостей грунтового середовища конструкції Олександра Броварця використовують: перед виконанням технологічної операції, одночасно з виконанням технологічної операції (сівба, внесення мінеральних добрив тощо); протягом вегетації та після збирання врожаю. Це відкриває нові перспективи до ведення органічного землеробства з використанням таких «розумних» сільськогосподарських машин.
Рис. 2. Загальний вигляд інформаційно-технічної системи оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця (вид зверху)
На рис. 2 – зображено загальний вигляд інформаційно-технічної системи локального оперативного моніторингу агробіологічного стану сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця (вид зверху), рис. 3 – зображено загальний вигляд технічної системи оперативного моніторингу стану ґрунтового середовища конструкції Олександра Броварця (вид збоку).
Рис. 3. Загальний вигляд інформаційно-технічної системи оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця (вид збоку)
Інформаційно-технічна система локального оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця складається (рис. 3) з опорних коліс 1, П-подібної рами 2, кріплення 3, повздовжньої рами 4, поперечної рами 5, шарнірів 6, важелів 7, стояків-пружин 8, кронштейну 9, обертового валу 10, гідроциліндру 11, кронштейну кріплення 12, копіювальних коліс 13, робочих електродів 14, баласту 15, фаркопу 16 та підставка 17.
Інформаційно-технічна система локального оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця працює наступним чином: переміщення технічної системи оперативного моніторингу стану сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця відбувається з використанням транспортного засобу за допомогою опорних коліс 1, на яких розміщується П-подібна рама 2 до якої за допомогою кріплення 3, приєднується повздовжня рама 4. До повздовжньої рами 4 відбувається приєднання поперечної рами 5 до якої через шарніри 6, важелі 7 та стояки-пружини 8 кріпляться підважені копіювальні колеса 13 з робочими електродами 14. Регулювання глибини ходу робочих електродів 14 відбувається за допомогою копіювальних коліс 13, а за допомогою стояків-пружини 8, які прикріплені до обертового валу 10, гідроциліндру 11, кронштейну кріплення 12, відбувається притискання робочих електродів до поверхні поля та їх копіювання нерівностей. Реалізація механізму піднімання/опускання робочих електродів 14 відбувається з використанням кронштейну 9, до якого приєднано гідроциліндр 11, який обертає вал 10 через кронштейн кріплення 12.
Таке технологічне рішення дасть можливість забезпечити оптимальне керування нормою висіву технологічного матеріалу (насіння, добрива тощо) із врахуванням агробіологічного стану грунтового середовища.
Інформаційно-технічна система локального оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця рухаючись по поверхні поля за допомогою робочих електродів 14 забезпечує отримання оперативної інформації про агробіологічний стану грунтового середовища та реалізацію згідно алгоритму норм у внесення технологічного матеріалу.
Режими роботи пристрою для визначення електропровідних властивостей грунтового середовища конструкції Олександра Броварця:
Висновок. У досліджені наведено функціональну структуру, програмне забезпечення, програмний код та алгоритми керування виконавчими робочими органами інформаційно-технічної системи локального оперативного моніторингу агробіологічного стану ґрунтового середовища сільськогосподарських угідь конструкції Олександра Броварця. Результатом використання такої системи для визначення електропровідних властивостей грунтового середовища конструкції Олександра Броварця є отримання підвищення прибутку на 20-30% за рахунок оптимізації норми висіву технологічного матеріалу із врахуванням агробіологічного стану сільськогосподарських угідь.